Bài 4: Dao động tắt dần và dao động cưỡng bức

Tóm tắt lý thuyết

2.1. Dao động tắt dần

a. Thế nào là dao động tắt dần

  • Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian được gọi là dao động tắt dần

b. Giải thích

  • Trong dao động của con lắc thì ma sát làm mất đi một phần năng lượng của dao động làm cho biên độ giảm dần.

c. Ứng dụng

  • Tùy theo trường hợp mà dao động tắt dần có lợi hay có hại.

    • Nếu sự tắt dần có hại thì ta phải chống lại sự tắt dần bằng cách cung cấp thêm năng lượng cho hệ dao động. Ví dụ: con lắc đồng hồ……

    • Nếu sự tắt dần có lợi thì ta phải tăng cường ma sát để dao động tắt dần nhanh. Ví dụ: bộ giảm xóc của ôtô, xe máy……

2.2. Dao động duy trì

  • Để dao động không tắt dần người ta dùng thiết bị cung cấp năng lượng đúng bằng năng lượng tiêu tốn sau mỗi chu kì. Dao động như thế gọi là dao động duy trì.

2.3. Dao động cưỡng bức

a. Thế nào là dao động cưỡng bức?

  • Dao động được duy trì bằng cách tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. Gọi là dao động tuần hoàn

b.Ví dụ.

  • Các loại máy đầm, máy phá hủy các công trình xây dựng.
  • Bộ phận giảm xóc của xe máy

c. Đặc điểm

  • Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi, tần số bằng tần số lực cưỡng bức.
  • Biên độ phụ thuộc vào biên độ lực cưỡng bức và sự chênh lệch tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của dao động

2.4. Hiện tượng cộng hưởng

a. Định nghĩa

  • Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.
  • Điều kiện cộng hưởng: \(\small f=f_0\)

b. Giải thích

  • Khi \(\small f=f_0\) thì năng lượng được cung cấp một cách nhịp nhàng biên độ tăng dần lên. Biên độ cực đại khi tốc độ cung cấp năng lượng bằng tốc độ tiêu hao năng lượng
  • Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng
    • Hiện tượng cộng hưởng có hại: làm sập nhà cửa, cầu …
    • Hiện tượng cộng hưởng có lợi: hộp đàn guitar, violon….

Bài tập minh họa



Bài 1:

Một con lắc lò xo đặt trên mặt sàn nằm ngang, gồm vật có khối lượng m = 100 g, lò xo có khối lượng không đáng kể, độ cứng k = 100 N/m. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng 1 đoạn 5 cm rồi buông cho vật dao động. Lấy g = 10 m/s2 , do có lực ma sát nên vật dao động tắt dần. Sau khi thực hiện được 10 dao động vật dừng lại . Hệ số ma sát giữa vật và sàn là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

\(\begin{array}{l} N = \frac{A}{{\Delta A}} = 10\\ \Rightarrow \Delta A = \frac{A}{{10}} = {5.10^{ – 3}}mnn\\ \Delta A = \frac{{4\mu mg}}{k}\\ \Rightarrow \mu = \frac{{k\Delta A}}{{4mg}} = 0,125 \end{array}\)

Bài 2:

Một con lắc đơn có chiều dài 64 cm được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh xe của toa gặp chỗ nối của các đoạn ray. Biết khoảng cách giữa hai mối ray là 16 m và g = 10 = m/s2. Biên độ của con lắc đơn này lớn nhất khi đoàn tàu chuyển động thẳng đều với tốc độ khoảng ?

Hướng dẫn giải:

  • Tần số của ngoại lực tác dụng vào con lắc là:  \(\small f= \frac{v}{s}=\frac{v}{16}\)
  • Để biên độ của con lắc là lớn nhất thì  \(\small f= f_0=0,625 Hz\)

=> v = 10 m/s = 36 km/h